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赤道飞来的完达山

已有 961 次阅读 2017-6-16 20:12 |个人分类:大陆漂移|系统分类:论文交流|关键词:完达山,大陆漂移,日本,锡霍特山

赤道飞来的完达山

梁光河

中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院大学 lgh@mail.iggcas.ac.cn

1 完达山概况

完达山山脉位于黑龙江省东北部(图1),由两部分组成:西南段为那丹哈达岭,东北段为完达山。其东边是乌苏里江,北边是黑龙江,这两条江的对面是俄罗斯。地貌为低山和丘陵。山地与三江平原接触处,有显著的断层崖,故完达山的形成系断裂抬升作用的结果(百度百科)。完达山山脉并不高(图2),最高峰是大平顶,海拔1008米。山脉整体呈北东走向。

图1完达山位置图(据百度地图和中国山脉图)

图2完达山地形地貌图(据NOAA)

2从赤道漂来的完达山

完达山是一个很神奇的地方,前人的研究发现,其地层、古生物化石和构造与中国东北其他地区显著不同。她是怎样形成的呢?

基于新的大陆漂移模型,大陆漂移后会留下尾迹,我们可以很容易通过板块漂移过后的尾迹分析其来源及漂移方向。这与刑事侦探对足迹的分析类似,通过追踪足迹就可以判断嫌疑人的来龙去脉。

锡霍特板块、日本北海道板块的漂移轨迹清晰可辨(图3),它们是先从赤道附近的马里亚纳群岛附近向北漂移到当前位置的,日本的三个主岛(本州四国九州)是之后才从中国浙江舟山市以南至福建广东沿海漂移到目前的位置的。这个漂移模式得到了诸多证据的支持,这些证据包括地貌形态、地质地层、地球物理和岩石学、古生物等方面的证据(梁光河,2013)。针对大洋海底这种明显的尾迹特征,有人试图用洋壳俯冲进行物理和数值模拟,但模拟结果都与实际相差甚远。

北海道古孢粉研究(Akiko Obuse1999)和古植物化石研究(Atsushi Yabe,2008)表明:16Ma左右日本东北部处于热带、亚热带海洋气候。而其当前处于亚寒带、亚热带。说明从16Ma至今日本东北部发生了大规模向北漂移。

图3 锡霍特板块、日本北海道板块的漂移轨迹(据NOAA)

3锡霍特地体的来源

大地构造研究中将完达山和那丹哈达统一称为那丹哈达地体。其西邻佳木斯地体,南至兴凯地体,东接俄罗斯锡霍特-阿林地体,是完达山-锡霍特-阿林超地体的重要组成部分,该超地体简称为锡霍特地体。区内以发育有中生代蛇绿岩为重要标志。

所谓地体,是其周围均被断层所围的具有一定地质意义的地质体,它和周围的地体有着完全不同的地质历史。地体没有规模大小之分,但它们之间的界线是非常清楚的。正如北美西海岸的地质研究成果所指示的那样,环太平洋造山带是由具有各种各样性质的并且彼此毫无直接关系的地质体的集合体所组成(大卫..豪威尔,1990)。在美国和加拿大西部已经鉴别出几百个这样的地体(Coleman, 1984;How-ell et al., 1985)。事实上地体的概念和大陆板块的概念一样,都会发生大距离水平漂移。

中国大陆也是由多个板块拼合而成,中国东北地区板块拼合尤其复杂。在构造地质单元划分简图(图4)上我们可以看出,完达山所在的锡霍特板块与其周边板块显著不同。有人认为那是环太平洋增生体,但为什么在紧邻她的朝鲜半岛东面和华东都不存在这种增生体?在逻辑上是说不通的。在世界地质图上(图5)也可以清晰看到,锡霍特板块是一个外来拼合体。

那丹哈达地区出露的岩石主要为硅质岩、页岩、砂岩、石灰岩和玄武岩质绿岩。硅质层的颜色呈红色、巧克力色和灰色,其中放射虫的时代为三叠纪(Mizutani et al.,1986a,b)和侏罗纪(Mizutani et al., 1986;Kojima and Mizutani,1987)

前人的研究表明:那丹哈达岭是我国北方唯一出露海相中生代地层的地区

王成源等(1986)发现本区三叠世的硅质岩中存在牙形刺化石,这种生物属于低纬度水域的特提斯生物群推断当时的古地理位置和现在相差约2000Km。古地磁研究表明那丹哈达地体在44Ma中北移了约2500km(邵济安等,1991)。

图4 东北及俄罗斯远东地区构造地质单元划分简图(周建波等,2016)

图5 锡霍特板块是一个拼合板块(据世界地质图)

4那丹哈达地体和美浓地体

Hattori (1982)Zheng(1990)的研究表明,那丹哈达地体和日本美浓地体在白垩纪之前处于相近的古纬度。水谷伸治郎等根据本区放射虫的研究以及与东亚大陆边缘中生代构造地层地体进行对比,发现那丹哈达与美浓、锡霍特十分相似(王成源等,1986)。由此推测:美浓地体伴随着日本海的海底扩张,在新生代从那丹哈达地体裂解到达当前位置的,但日本海内发现大量中生代地块否定了这个海底扩张过程

中国晚三叠世古地理图显示那丹哈达地体处于海相环境(图6),与中国北方的其他地体显著不同,表明这个地体是外来的。至于日本美浓地体,本是拼贴在中国东南沿海的地体,随着日本板块的裂解漂移到达当前位置。从该图可以看出,三叠世时期,中国东南沿海福建到广东之间同样处于海相环境。而且中国西南红河区域大面积处于海相环境,它们大致处于相近的纬度。从大陆板块漂移的尾迹我们可以进一步推断,锡霍特发源于中国西南的红海区域,一路呈U字形漂移,在马里亚纳海沟西部的赤道做短暂停留后,又向北漂移到当前位置。事实上,大陆板块长距离漂移是一个普遍现象,印度板块就是从南极洲漂移超过8000公里到达当前位置的。

这个推断合理地解释了为什么那丹哈达与日本美浓、锡霍特具有十分相似的中生代地质环境。

图6 中国晚三叠世古地理图显示那丹哈达地体处于海相环境

5地质和地球物理证据

7是那丹哈达地体的区域地质图,该图中的东西向剖面说明,该地体是从东向西挤压拼合在其西部的三江盆地上。石油勘探公司也在该地体的西部进行过地震勘探,具体位置如图中的CD测线所示。图8给出了该地震勘探剖面的具体解释结果,从该剖面可以很清晰地看出,那丹哈达地体与三江盆地之间的分界线应该是一个大型走滑断裂,那丹哈达地体在拼合走滑过程中似带一个裙边,这个裙边是一个新生代沉积盆地。它与三江中生代沉积盆地明显不同。该大型走滑断裂两侧的第四系地层才连接在一起,说明那丹哈达地体漂移到当前位置的时间应该在第四纪

图7 那丹哈达地块区域地质图(据张国宾,2014;黑龙江地矿局,2003; 邵济安 王成源,1990等修编)

图8小兴安岭-那丹哈达地震地质大剖面(据赵学钦,2011修编)

从桦南-饶河大地电磁测深(MT)剖面断面图(图9)上也可以明显看出,与地震勘探对应的大型走滑断裂清晰可辨,该大型走滑断裂两侧电阻率特征明显不同,剖面左侧总体属于高阻,代表冷基底,而剖面右侧的那丹哈达总体属于低阻,推测这和其特殊的岩石物性及运动热状态有关。

图9桦南-饶河MT剖面断面图(王晓伏,2011;刘国兴,2006修编)

从中国东北东部及邻区岩石密度和磁化率分布图(图10)也可以看出锡霍特地体是拼贴在欧亚大陆板块东缘的外来地体。

图10中国东北东部及邻区岩石密度和磁化率分布图(据王晓伏,2011修编)

6完达山漂移时间厘定

前人的研究认为“完达山-锡霍特-阿林超地体形成于赤道附近的洋盆中,晚三叠世-晚侏罗世早期由低纬度向中高纬度快速漂移,晚侏罗世中期就位于佳木斯地体东缘”。作者认为该超地体形成于赤道附近的洋盆是正确的,是当时欧亚板块运动前缘的增生体(当时欧亚多个大小板块从北向南漂移),地体中的部分洋壳物质(基性岩和蛇绿岩)是从深海翻耕推出来的。但“晚三叠世-晚侏罗世早期由低纬度向中高纬度快速漂移,晚侏罗世中期就位于佳木斯地体东缘”却与古地磁和古生物研究结果相悖。

古地磁研究表明那丹哈达地体在44Ma中北移了约2500km。日本海的打开时间是15Ma(水谷伸治郎等,1986),说明完达山应该是15Ma之后才拼贴到当前的位置,具体时间能否更准确一点?北海道古植物化石研究表明16Ma时日本北海道仍处在热带。而那丹哈达地体的漂移在北海道之后,推测它们几乎同步发生漂移。

新生代之前,印支地块、婆罗洲地块、菲律宾地块等本位于中国扬子板块和印度板块之间。印度板块和扬子板块65Ma开始发生软碰撞,地壳流被同步挤出,驱动印支地块及前面的婆罗洲地块、菲律宾等地块向东南漂移。菲律宾地块和锡霍特地块(含完达山)在大约24Ma-16Ma受到南来的澳大利亚板块向北漂移,发生碰撞,转而向北漂移。到达当前位置后又受到郯庐断裂的改造。日本海内的中生代地块是大陆板块漂移后留下的大陆残片。

综合以上大陆漂移历史,大致可以推断,完达山伴随着锡霍特板块大约在16Ma才从赤道附近开始快速向北漂移,到达当前位置附近的时间应该是在2.6Ma之后。也就是说完达山是从赤道飞速漂来的。




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